碱度对Fe2O3-CaO-SiO2体系矿物组成及显微结构的影响

作为高炉炼铁的主要原料之一，高碱度烧结矿质量对于炼铁工序经济技术指标有着重要影响。SiO₂与CaO的化学亲和力较强，易反应生成硅酸钙，抑制铁酸钙的生成，不利于粘结相形成。但SiO₂含量对Fe₂O₃-CaO-SiO₂体系的矿物组成和显微结构影响机制尚不明确。通过光学显微镜、X射线衍射和SEM-EDS方法研究了碱度(R)对铁酸钙和硅酸钙生成规律的影响。结果表明，当Fe₂O₃和CaO的摩尔比分别为2.0、2.5和3.0时，碱度范围为1.4≤R<1.7时，生成CaSiO₃和Ca₂SiO₄,而CaSiO₃随着碱度增加逐渐向Ca₂SiO₄转变；碱度为1.7时，发现有新相SFC生成；当碱度范围为1.73相消失，生成物相为Ca₂SiO     

FeTiO3--Fe2 O3固溶体等温碳热还原

基于粉末煅烧技术合成FeTiO₃和FeTiO₃-Fe₂O₃固溶体体系,在热力学分析的基础上,选取1150℃,以固溶体合成物为原料研究FeTiO₃-Fe₂O₃固溶体体系等温碳热还原过程,并采用X射线衍射仪和扫描电镜-能谱仪对还原产物进行系统分析.研究结果表明:合成产物内部成分均匀.钛铁矿的摩尔分数x越小,xFeTiO₃-(1-x) Fe₂O₃固溶体碳热还原反应越易进行,并且反应速率最大值越大.在反应初期,假板钛矿相(FeTi₂O₅-Fe₂TiO₅(Fe₃Ti₃O₁₀))作为过渡相一直存在,至金属Fe和钛铁晶石Fe₂TiO₄生成后逐渐消失.      

二氧化钛改质对含磷转炉渣中磷富集行为的影响

为了有效富集含磷转炉渣中磷,通过TiO₂熔融改质研究了磷富集行为,对TiO₂改质过程进行了热力学探讨,同时对实验炉渣进行磁选分离提取了富磷相.在1623 K条件下,随着渣中TiO₂含量的增加,渣中先期析出的n2CaO·SiO₂-3CaO·P₂O₅（以下简记nC₂S-C₃P）固溶体与TiO₂不断反应析出CaSiTiO₅、CaTiO₃和高磷固溶体（n'C₂S-C₃P,n'2S-C₃P固溶体会随着TiO₂含量的增加而逐渐减少甚至消失,如渣中TiO₂含量进一步增加或过量,前述反应生成的高磷固溶体（n'C₂S-C₃P）继续与TiO₂反应,从而使富磷相中磷含量进一步提高.经350mT磁场强度下磁选后,改性后的渣中收集到的非磁性物较原渣提高了23.84%,P₂O₅分配比由0.96增加到2.92,分离的非磁性物占炉渣总量的65.43%,渣中74.46%的磷进入收集的非磁性物中,实现了绝大部分磷元素的回收利用.      

CaO/SiO2对钢渣平衡物相的组成及含量的影响

为了提高钢渣的资源化利用率,找到合适的钢渣成分改质工艺,以CaO-SiO₂-MgO-FeO-Fe₂O₃-Al₂O₃六元渣系为研究对象,利用FactSage热力学软件计算并分析了不同w(CaO)/w(SiO₂)组成的模拟钢渣在1 600~200 ℃冷却过程中平衡物相组成和含量的变化规律。得出钢渣的平衡物相主要有Ca₂SiO₄相、Ca₂(Al,Fe)₂O₅相、MgO-FeO固溶体相、f-CaO相、少量的Ca₃MgAl₄O₁₀相以及w(CaO)/w(SiO₂)为2时钢渣中才会析出的Ca₃MgSi₂O₈相。w(CaO)/ w(SiO₂)越低,钢渣析出的有益相硅酸盐相含量越高,而铁酸盐相、MgO-FeO固溶体相和f-CaO相不利于钢渣循环利用的物相含量越低。因此,降低钢渣的w(CaO)/ w(SiO₂)可以改善钢渣在后续处理和使用过程中的易磨性以及安定性。     

B2O3对低氟结晶器保护渣理化性能的影响

研究了氟含量1.9%的保护渣系(%:27～30CaO、30～33SiO₂、2～3Al₂O₃、2～3MgO、10～12R₂O、1～2Fe₂O₃、4～5C粉、2Li₂O、4CaF₂、0～8B₂O₃)的理化性能。结果表明:随着渣中B₂O₃含量的增加,保护渣熔点、析晶温度、粘度均降低,但B₂O₃含量超过6%以后,对保护渣牯度几乎没有影响;B₂O₃含量为2%～4%时,表面张力较低,有利于结晶器内钢液中夹杂物的上浮排除,得到洁净铸坯。     

钛精粉氧化过程中物相转变

采用热重分析和恒温实验法研究了攀枝花钛精粉氧化过程中相的存在形式及其转变规律.X射线衍射结果和微观形貌分析表明:温度低于500℃,钛精粉未发生氧化反应;600℃时产生Fe₂Ti₃O₉和TiO₂相,其和原相Fe₂O₃相衍射峰强度均随温度的升高而增强;900℃时,Fe₂Ti₃O₉相完全转变为Fe₂TiO₅相,且随温度的升高,TiO₂相和Fe₂O₃相衍射峰强度逐渐减弱;在整个氧化过程中存在四个化学反应,其与烧结作用相互关联,使得氧化产物表面形成较多孔隙,变得凹凸不平且疏松.      

CaO含量对CaF2-Al2O3-CaO-Ce2O3渣系中Ce2O3行为的影响

在Fe-Cr-Al合金中添加微量的稀土元素可显著改善合金的使用性能, 文中以电渣重熔生产Fe-Cr-Al合金所用稀土渣为研究对象, 根据离子-分子共存理论(IMCT)建立了1 823 K时CaF₂-Al₂O₃-CaO-Ce₂O₃四元渣系热力学质量作用浓度模型.结果表明:当渣系中CaO和Al₂O₃的质量百分数之比维持在1:1, 即w_CaO /w_Al2O3=1时, 随着Ce₂O₃含量增加, 渣中铈铝酸盐Ce₂O₃·Al₂O₃质量作用浓度(活度)显著增加, 但炉渣物相种类没有变化.渣系中Ce₂O₃含量分别在10 %, 20 %, 30 %, 40 %时, w_CaO /w_Al2O3值对组元活度的影响各不相同但有共同特征, 表现在处于约1.0~1.8时, CaO活度增加最迅速, Ce₂O₃活度增加, Ce₂O₃·Al₂O₃活度下降, 说明渣中CaO含量增加促进了Ce₂O₃·Al₂O₃分解而导致Ce₂O₃活度增加, 选取渣系进行熔融和X射线衍射实验, 用jade 5.0软件分析物相, 实验结果与计算一致.      

焙烧铜渣中磁铁矿的物性转变研究

为探究熔融状态下,焙烧铜渣中磁铁矿的物性转变,对铜渣进行了CO/CO₂气氛下熔融氧化焙烧实验。考察了CaO添加量与焙烧温度对于渣中Fe₂SiO₄向Fe₃O₄转变过程和Fe₃O₄迁移并富集的影响。CaO的添加促进了渣中Fe₂SiO₄向Fe₃O₄转变和Fe₃O₄迁移富集,而选择适宜的焙烧温度才能最大程度让Fe₃O₄迁移富集。最后发现在CaO添加量为铜渣质量的25 %,焙烧温度1 300 ℃,保温时间2 h,CO₂和CO体积比为190:10的条件下焙烧铜渣,铜渣中的Fe₂SiO₄基本完成了向Fe₃O₄转化,且Fe₃O₄迁移与富集程度较好。      

TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性

研究了TiO₂含量、Al₂O₃含量以及二元碱度(CaO/SiO₂)对TiO₂-Al₂O₃-CaO-SiO₂低碱度高钛渣黏度的影响.实验采用旋转柱体法在1633-1873K温度范围内对渣系熔体黏度进行了测量.当TiO₂质量分数为23%-43%、Al₂O₃质量分数为3%-12%和二元碱度为0.3-0.7时,钛渣熔体黏度随TiO₂含量和碱度的增加而降低,随Al₂O₃含量的增加而增加.通过对转底炉-电炉熔分过程渣系脱硫能力计算,得知在低碱度高钛渣中TiO₂属于酸性.依据黏度测量数据和对TiO₂属性的界定,通过修正Urbain模型建立了低碱度高钛渣的熔体黏度预报模型.模型预测结果误差为11%,证明新模型对于低碱度高钛渣的黏度具有良好的预报效果.      

含铝铁酸钙CFA的生成行为

 含铝铁酸钙(CFA)是生成复合铁酸钙(SFCA)的一种重要前驱化合物,为了揭示CFA的生成路径和反应机理,采用压块-焙烧法并结合XRD和SEM-EDS等检测方法,研究不同烧结温度下CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃三元系中的矿相生成和元素迁移规律。CFA生成行为研究结果表明,首先在低温条件下(＜750 ℃)生成铁酸二钙(C₂F),升温至800~950 ℃时C₂F与Fe₂O₃反应生成铁酸一钙(CF),然后在900~950 ℃的烧结温度区间内Al₂O₃与CaO反应生成铝酸半钙(CA₂),并在CF-CA₂-Fe₂O₃三元界面处开始生成CFA,最终对CA₂形成了具有针状结构的CFA产物包裹层。     

添加纳米二氧化硅对氧化铁颗粒表观黏度的影响

借鉴流体黏性的表征方式,引入粉体颗粒表观黏度的概念表征粉体颗粒间的相互作用力,基于能量耗散原理,利用旋转黏度计测定了含SiO₂纳米添加剂的Fe₂O₃颗粒在不同温度条件下的表观黏度.实验结果表明,Fe₂O₃颗粒表观黏度随温度升高而增大,纳米SiO₂的加入使颗粒表观黏度明显降低,主要原因是纳米SiO₂对Fe₂O₃颗粒形成了包覆,抑制了颗粒间的团聚和烧结.此外,本研究利用微型流化床研究了含纳米SiO₂的Fe₂O₃颗粒在流化还原过程中发生黏结失流的过程,进一步验证了纳米SiO₂对Fe₂O₃颗粒表观黏度的影响.结果表明,加入纳米SiO₂显著提高了还原样品的金属化率,延长了还原过程中的黏结时间;扫描电镜分析表明纳米SiO₂有效包覆在Fe₂O₃颗粒表面,降低了铁原子的扩散活性,并充分阻隔新鲜铁之间的接触,抑制新鲜铁的烧结,从而导致Fe₂O₃颗粒之间难以形成黏结点,由此证明纳米SiO₂对流化床内Fe₂O₃颗粒的还原过程中的黏结失流具有明显抑制作用.      

P2O5对CaO-SiO2-FetO-P2O5渣中富磷相的影响

以CaO-SiO₂-Fe_tO-P₂O₅四元渣系为研究对象,结合理论计算和热态实验综合分析 P₂O₅含量变化对该四元渣系物相组成以及富磷相的影响。应用Factsage软件equilib模块计算CaO-SiO₂-Fe_tO-P₂O₅四元渣系在400~1800℃温度区间的多相平衡,再结合SEM+EDS与XRD对热态实验结果进行分析知,随着渣中P₂O₅含量的增加,富磷相中Ca₃(PO₄)₂的含量随之增加。此外,P是以nC₂S-C₃P固溶体的形式存在于富磷相中,但当渣中P₂O₅含量达到18%时,富磷相中的P将以Ca₃(PO₄)₂的形式独立存在。热态实验的分析结果进一步验证了Factsage的理论计算结果。     

新型CeO2-Fe2O3联合催化剂用于催化CO还原NO

采用3种不同的方法合成新型的以Fe₂O₃颗粒为载体的Ce-Fe复合氧化物催化剂,探究不同制备方式的复合氧化物催化剂的催化CO还原NO性能,并通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)表征来对催化剂进行探究。结果证明Ce-Fe复合氧化物具有较高的催化活性,硝酸水热法Ce-Fe复合氧化物在900℃时脱硝率可达到99%以上。XRD中显示硝酸水热样品中CeO₂峰向高角度偏移,并且晶格常数变小。Raman结果说明硝酸水热样品CeO₂的振动峰向左大幅度偏移,结合XRD说明硝酸水热法可以形成Ce-O-Fe固溶体。H2-TPR说明氧化还原性:硝酸水热法>硝酸浸渍法>普通浸渍法。XPS结果说明硝酸水热法形成的Ce-O-Fe固溶体可以促进Fe³⁺向Fe²⁺、晶格氧向吸附氧的转换,这体现出复合催化剂Ce、Fe之间的联合作用。在整个反应过程中Fe₂O₃作为载体可以提供大量晶格氧,Ce-O-Fe固溶体的存在决定了复合催化剂的高催化活性。     

Fe2O3添加剂对锆酸钙陶瓷烧结性能的影响

以分析纯Ca(OH)₂和m-ZrO₂为原料, 按物质的量1:1进行配料, 添加不同质量分数Fe₂O₃粉末作为添加剂, 经充分混合后压制成?20 mm×20 mm圆柱试样, 再经1600℃保温3 h煅烧制备得到锆酸钙陶瓷试样(CaZrO₃)。利用显气孔体密测定仪、X射线衍射仪及扫描电子显微镜分析Fe₂O₃粉末添加剂对CaZrO₃陶瓷材料烧结性能、物相组成及微观结构的影响。结果表明:当没有添加Fe₂O₃粉末时, 试样烧结前后线变化率为12.72%, 体积密度为3.92g·cm-3, 显气孔率为14.9%, CaZrO₃晶粒尺寸为4.22μm; 当加入质量分数0.75%Fe₂O₃粉末时, 试样烧结前后线变化率为17.20%, 体积密度为4.68 g·cm-3, 显气孔率为6.8%, CaZrO₃晶粒尺寸为5.21μm。     

Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料组织结构和吸波性能的影响

研究了Co掺杂对还原氧化石墨烯(RGO)/Fe₃O₄复合材料结构、形貌和吸波性能的影响规律.采用一步水热法分别制备RGO/Fe₃O₄和Co掺杂的RGO/Fe₃O₄复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析Co掺杂对复合材料的微观形貌、相组成及表面元素价态的影响;利用矢量网络分析仪测定两种复合材料在2~18 GHz频率范围内的相对复介电常数和复磁导率,模拟计算了Co掺杂对RGO/Fe₃O₄复合吸波性能的影响规律.结果表明:部分Co参与了水热反应生成了CoCO₃、Co₃O₄和Co₂O₃,还有部分Co以单质形式存在,其通过正负电荷吸引机制,影响Fe3+在氧化石墨烯(GO)表面的配位,使得负载在还原氧化石墨烯(RGO)表面的Fe₃O₄纳米颗粒部分迁移至RGO片层间;Co掺杂改善了复合材料的导电能力和磁损耗能力,使复合材料的吸波能力显著增强.反射率模拟结果表明:掺杂后与掺杂前相比,当匹配厚度d=2.00 mm时,最大反射损耗提高3.44 dB,有效吸收频带拓宽2.88 GHz;当匹配厚度d=2.50 mm时,最大反射损耗提高8.45 dB,有效吸收频带拓宽2.73 GHz.Co掺杂对RGO/Fe₃O₄复合材料的结构和形貌有显著影响,并有效改善复合材料的吸波性能.      

CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对ZrO2/Al2O3复相陶瓷性能的影响

以Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO)₂·4H₂O、C₈H₂₀O₄Si为原料, 采用高分子网络法制备出成分均匀、粒度分布为3~7μm、高活性的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂; 将质量分数为3%、5%、7%、9%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂添加到Al₂O₃和ZrO₂原料粉体中, 经干压成型, 在1450℃烧结温度、保温4h的工艺条件下进行常压烧结制备得到ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷试样, 研究烧结助剂添加量对复相陶瓷力学性能和显微组织结构的影响。结果表明:当添加质量分数为5%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂时, ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的综合性能最达到佳, 相对密度为94%, 显微维氏硬度为1204 MPa, 抗弯强度为321 MPa, 断裂韧性为4.52 MPa·m1/2。